Arrestin-3指环环与神经肽Y1/Y2受体结合模式的结构解析：动态构象差异揭示GPCR信号调控新机制

本研究通过纳米BRET、EPR和NMR技术结合AlphaFold2建模，揭示了Arrestin-3指环环(FLP)与神经肽Y1R/Y2受体差异结合模式：Y1R呈现"尾部构象"而Y2R显示更高灵活性的双构象状态，结合亲和力均为10-30μM。该发现为GPCR-arrestin特异性互作提供了结构基础，对开发靶向神经肽Y受体信号通路的精准药物具有重要意义。

　　

在细胞信号传导的复杂交响曲中，G蛋白偶联受体(GPCR)堪称最活跃的"演奏者"，而arrestin蛋白则是调控这些受体活性的重要"指挥家"。神经肽Y受体家族(YRs)作为GPCR的重要成员，在能量代谢、情绪调节等生理过程中扮演关键角色，但其与arrestin相互作用的精细调控机制长期笼罩在迷雾中。尤其令人困惑的是，同属一个受体家族的Y₁R和Y₂R虽然共享相似的配体结合特性，却在arrestin介导的内化过程中表现出显著差异——Y₁R与arrestin-3(β-arrestin 2)形成稳定复合物共同内化，而Y₂R则显示出更弱的相互作用。这种差异背后的结构基础是什么？这正是德国莱比锡大学医学中心生物物理研究所(Daniel Huster团队)与莱比锡大学生物化学研究所(Annette G. Beck-Sickinger团队)合作开展本研究的核心问题。

研究人员采用多学科交叉方法，重点解析了arrestin-3指环环(finger loop, FLP)这一关键功能域(残基Ala⁶¹-Arg⁷⁷)与Y₁R/Y₂R的相互作用特征。通过固相合成构建了包含TOAC自旋标记和¹³C/¹⁵N同位素标记的FLP肽段库，结合纳米BRET活细胞结合实验、连续波EPR谱分析和溶液NMR技术，获取了FLP与受体互作的动态结构信息。这些实验数据进一步用于指导AlphaFold2多聚体预测模型的筛选，最终构建出符合实验约束条件的受体-arrestin复合物结构模型。

EPR揭示受体特异性结合模式

通过TOAC标记的FLP变体(NT/mid/CT位点)的EPR分析发现：所有FLP变体对Y₁R/Y₂R的K_d值相似(15-25μM)，但Y₁R结合的FLP呈现更受限的分子运动(τ_c值更高)。特别值得注意的是，NT-TOAC-FLP结合Y₁R时A_zz值显著降低(37→34G)，提示N端处于更疏水环境。这些数据首次证实FLP能以不同动态构象结合两种Y受体亚型。

NMR解析二级结构特征

¹³C次级化学位移分析显示：FLP在结合两种受体时均形成α-螺旋倾向(R⁶⁶-L⁷²)，但Y₁R诱导的螺旋化程度更高。化学位移扰动(CSP)图谱揭示Y₁R主要影响R⁶³/E⁶⁷/D⁶⁸/L⁷²等残基，而Y₂R对F⁶²/L⁶⁹扰动更显著。这种差异提示尽管结合表位相似，但两种受体对FLP的局部微环境调控存在亚型特异性。

计算模型揭示构象多样性

通过AlphaFold2多版本(v2.1-v2.3)预测生成的100个模型经实验数据筛选后，发现Y₁R-FLP复合物仅需4个结构即可解释实验数据(Cα-RMSD 0.43-0.75?)，呈现单一"尾部构象"；而Y₂R需要9个结构且存在双构象状态(Cα-RMSD 1.0-1.87?)。关键相互作用残基分析表明：Y₁R中D⁶⁸与Asn^2.37/Arg^ICL2、L⁶⁹与Asn^8.49形成稳定氢键网络；而Y₂R中L⁶⁹既可结合Met^12.50(构象I)也能与Cys^3.53作用(构象II)，这种动态切换可能解释其更高的内在灵活性。

这项发表于《Structure》的研究首次从结构和动力学角度阐明了arrestin-3与Y受体亚型的选择性互作机制。其重要意义在于：1) 发现保守的FLP核心基序(G-R-E-D-I-D-V-I-G)可通过构象可塑性实现受体亚型特异性识别；2) 提出Y₁R的"必需性结合"与Y₂R的"选择性结合"新范式，为理解GPCR-arrestin信号偏置提供了结构基础；3) 建立的方法学框架(EPR/NMR约束的AF2建模)为研究其他柔性蛋白-膜受体相互作用树立了范例。这些发现不仅深化了对神经肽Y信号系统调控的认识，也为开发靶向特定arrestin结合模式的精准药物设计提供了新思路。